Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный генератор

Асинхронный генератор

Источники электропитания делят на синхронные и асинхронные в зависимости от типа генератора. В электротехнике, согласно законам физики, существует принцип обратимости энергии: электрические машины, которые могут преобразовывать электрическую энергию в механическую, также могут совершать обратные преобразования. Асинхронный генератор работает на данном принципе: он способен преобразовывать механическую энергию вращения ротора в электроток на обмотке статора. Применяется он на напряжения 220 и 380 В.

Вид асинхронного генератора

В генераторном режиме работы меняется знак скольжения, и двигатели асинхронного типа генерируют электрическую энергию.

Применение

  • Генераторы нашли применение в качестве тяговых электродвигателей на объектах транспортной инфраструктуры в машинах с реостатным и рекуперативным торможением, а также в сельском хозяйстве в устройствах, где нет потребности в компенсации реактивной мощности и высоких требований к качеству поставляемой электроэнергии (где возможны небольшие скачки напряжения, т.к. регулятор параметров отсутствует).
  • Для бытовых нужд асинхронные генераторы применяются в качестве двигателя автономных электростанций, которые приводятся в действие силами природы: энергией падающей воды, силой ветра и др.
  • Еще одним применением является использование генератора в качестве зарядного устройства для аккумуляторных батарей.
  • Для электроснабжения сварочных агрегатов.
  • Обеспечение бесперебойным электропитанием особо важных объектов: холодильников с лекарствами и др.

Это устройство применяется для промышленных целей

Теоретически возможно переоборудование асинхронного двигателя в асинхронный генератор. Для осуществления задачи необходимо:

  • четко понимать, что такое ток;
  • знать физику преобразования механической энергии в электрическую;
  • создать все необходимые условия для появления электротока на обмотке статора.

Устройство асинхронного генератора

Асинхронный генератор в разрезе

Основные узлы асинхронного генератора:

  • Ротор – вращающийся элемент, на котором образуется ЭДС. Тип исполнения – короткозамкнутый. Токопроводящие поверхности изготовлены из алюминия.
  • Ввод кабеля необходим для отпуска полученного электричества.
  • Датчик температуры для обмотки генератора необходим для постоянного мониторинга температуры на этой обмотке.
  • Герметичные фланцы предназначены для уплотнения соединения деталей.
  • Статор, на обмотке которого в процессе генерируется электроэнергия.
  • Обмотка может быть двух типов: однофазная и трехфазная (для напряжения 220 и 380 В), размещена на поверхности статора в виде звезды. 3 точки соединяются между собой, 3 другие – с контактными кольцами.
  • Контактные кольца не имеют электрической связи между собой, закреплены на валу ротора.
  • Щетки необходимы как регулятор, при помощи них происходит запуск трехфазного реостата, за счет чего можно контролировать сопротивление обмотки ротора.
  • Короткозамыкатель применяется для принудительной остановки реостата.

Принцип работы

Во время вращения лопаток ротора на токопроводящей части его начинает появляться электрический ток. Образующееся магнитное поле, наводит на обмотки статора два типа переменного напряжения – однофазное и трехфазное.

Регулировка параметров вырабатываемой энергии осуществляется изменением нагрузки на статоре. Регулятор в схеме отсутствует, т.к. конструктивно устройство не может быть оборудовано данным узлом: отсутствует электрическая связь между ротором и статором.

В каких случаях необходимо применение асинхронных устройств:

  • тяжелые условия работы оборудования – запыленность;
  • нет особых требований к качеству преобразованной энергии (величины частоты и напряжения);
  • нет возможности установки синхронной машины;
  • ограниченный бюджет объекта;
  • существует вероятность перегрузок в переходном процессе работы.

Асинхронные устройства не терпят частых перегрузок во время работы. При работе с завышенной мощностью срабатывает защита. Повторный запуск устройств оказывает негативное влияние на экономический эффект установки.

Т.к. отсутствует регулятор параметров, необходимо подключение измерительных приборов.

Для корректной работы системы и исключения преждевременных ремонтов, необходимо произвести расчет мощности генератора, исходя из предполагаемой нагрузки объекта.

Принцип работы в двухфазном режиме асинхронного генератора применяется для случаев, которые не требуют генерации трехфазного напряжения.

Преимущества:

  • малая рабочая емкость;
  • низкие нагрузки в режиме холостого хода, и как следствие, экономия первичного энергоносителя (ресурс, который приводит в действие ротор).

Недостатки:

  • отсутствует регулятор напряжения тока.

Маломощные генераторы 220 В

В качестве устройства-донора применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутыми роторами от стиральных машин, бытовых пылесосов, электроприборов полива и аналогичные, в которых конденсаторные батареи подключены в схему параллельно рабочей обмотке. Для повышения эффективности работы увеличивают емкость конденсатора: в меньшей степени для активной нагрузки (лампы, паяльники), и в большей – для индуктивной (например, холодильники, телевизоры и т.п.).

Первичный механический двигатель (рекомендации):

  • Мощность первичного устройства выбирается на 50..100% больше, чем потребляемая мощность асинхронным генератором. Это необходимо для снижения потерь и повышения КПД процесса. Повышения КПД добиваются путем постоянного или кратковременного увеличения оборотов механического элемента.
  • Так как в схеме отсутствует регулятор тока, для стабильной работы установки необходим постоянный контроль параметров, т.е. наличие прибора измерения частоты (тахометра), напряжения (вольтметра) и набора переключателей (для подключения нагрузки на генератор, и два – для коммутации цепи возбуждения. Такая схема упрощает запуск и повышает стабильность работы электрооборудования.
  • В случае присоединения к генератору бытовой сети освещения, в электрической цепи необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в данном случае будет отключать электроосвещение от стационарной сети.

Однофазные рубильники для отключения применять запрещено в данном случае, т.к. необходимо отключение фазного и нулевого провода.

Эффективность установки

Перед проведением реконструкции необходимо учитывать масштаб экономического эффекта нового оборудования и целесообразность проведения процедуры.

Преимущества устройств:

  1. Низкая себестоимость электроэнергии: для преобразования необходимо наличие магнитного поля, которое генерирует электрический ток.
  2. В токе малое количество высших гармоник: малые потери на собственный нагрев, образование магнитных полей и др.
  3. Высокая надежность.
  4. Отсутствие цепи возбуждения.
  5. Дешевизна готовых моделей.
  6. Возможность переоборудования простейшего асинхронного двигателя в генератор.
  7. Отсутствие в схеме устройства коллекторно-щеточного механизма, что повышает срок эксплуатации.
  8. Отсутствие необходимости обслуживания конденсаторных батарей.
Читать еще:  Шевроле реззо какое масло лить в двигатель

Недостатки:

  1. Невозможность выработать промышленную частоту генерируемого тока.
  2. Отсутствует регулятор параметров сети.
  3. Необходимость включения в схему работы выпрямителей.
  4. Индуктивная нагрузка требует увеличения прилагаемой потребной емкости. Следовательно, возрастает потребность подключения в схему устройства дополнительных конденсаторных элементов. Что впоследствии повышает стоимость установки.
  5. Не меньшая техническая сложность устройства, чем синхронные генераторы.
  6. Высокая чувствительность к перепадам нагрузки. Т.к. для работы устройства используется конденсатор, который забирает энергию (в традиционных генераторах применяют аккумуляторы, имеющие запас мощности), при увеличении нагрузки электроэнергии может не хватить на подзарядку и генерация прекратится. Для предотвращения этого явления используют батареи с изменяемым объемом емкости в зависимости от нагрузки. Применение данного оборудования экономически целесообразно для крупных объектов.

Преобразование двигателя

Принцип преобразования двигателя в простейший асинхронный генератор:

  1. Для модернизации понадобится двигатель от стиральной машины.
  2. Уменьшить толщину стенок сердечника. Для этого необходимо на токарном станке обточить по 2 мм по всей поверхности. Проделать отверстия (несквозные) не более 5мм глубиной.
  3. Из тонкого листа металла либо жести изготовить полосу, размерами соответствующую габаритам ротора.
  4. Установить неодимовые магниты в полученной свободной площади в количестве не менее 8 штук. Зафиксировать суперклеем.

Магниты необходимо прижимать к поверхности до полного застывания, иначе произойдет их смещение. Рекомендовано использовать очки, чтобы клей не попал в глаза в случае выскальзывания магнита.

  1. Плотной бумагой закрыть ротор со всех сторон и зафиксировать края скотчем.
  2. Эффективно загерметизировать мастикой торцевую часть ротора.
  3. Свободное пространство между магнитными элементами заполнить эпоксидной смолой через проделанное отверстие в бумаге.
  4. После застывания смолы убрать слой бумаги.
  5. Отшлифовать поверхность ротора наждачной бумагой, при наличии можно использовать дремель.
  6. Двумя проводами присоединить двигатель к рабочей обмотке. Удалить все неиспользуемые проводники.
  7. При необходимости заменить подшипники на новые.
  8. Установить выпрямитель тока и контроллер зарядки.

Тестирование собранного прибора

Советы по эксплуатации

При использовании асинхронного генератора, как и других электроустройств, необходимо соблюдать правила техники безопасности:

  • Прибор должен быть защищен от механических воздействий и погодных условий.
  • Рекомендовано изготовление специального защитного кожуха под собранный генератор.
  • Для корректной работы необходим постоянный мониторинг параметров устройства (напряжения, частоты), т.к. отсутствует регулятор величины тока. Установка измерительных приборов позволит контролировать эффективность автономной системы.
  • Самодельный генератор в целях безопасности рекомендовано использовать на напряжение 0,23 кВ.
  • Устройство должно быть присоединено к контуру заземления.
  • Следует избегать длительной работы в режиме холостого хода.
  • Запрещено допускать перегрев оборудования.
  • Генератор необходимо оборудовать кнопкой включения/отключения для оптимизации работы.

При отсутствии знаний основ электротехники специалисты настоятельно рекомендуют приобрести генератор заводского изготовления.

Реконструкция асинхронного двигателя

Процесс состоит из трех этапов:

  1. Подключение конденсаторных батарей к зажимам. После этого на обмотке начинается процесс намагничивания, который обусловлен движением опережающего тока.
  2. Самовозбуждение устройства. Происходит при правильном подборе емкости конденсаторов.
  3. Получение итоговых значений напряжения. Зависят от технических характеристик устройства, типа и емкости конденсаторов.

Модернизация асинхронного двигателя

При правильном выполнении действий можно получить генератор с характеристиками асинхронного двигателя.

Видео

Асинхронные генераторы – полезная вещь в домашнем хозяйстве. Более мощные устройства вполне могут служить в качестве автономных электростанций, которые обеспечат нормальные параметры напряжения и частоты сети.

Один из первых генераторов с возбудителем переменного тока

Экономически целесообразно переоборудовать заведомо рабочий неиспользуемый асинхронный электродвигатель. Только при этом будет наблюдаться экономический эффект, в отличие от приобретения нового устройства.

Несмотря на достаточно трудоемкий принцип модернизации, отсутствующий регулятор параметров сети, самодельные асинхронные генераторы являются хорошим решением для минимизации финансовых затрат на электроэнергию в условиях постоянно растущих цен на энергоносители.

Режим работы асинхронной машины

Режим работы и устройство асинхронной машины

Основные типы серийно выпускаемых асинхронных двигателей

Асинхронные машины специального назначения

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Пуск и регулиро­вание частоты вращения трех­фазных асинхронных двигателей

Опытное опреде­ление параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателей

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

Магнитная цепь асинхронной машины

Режимы работы и устройство асинхронной машины

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Раздел

Асинхронные машины полу­чили наиболее широкое при­менение в современных элек­трических установках и явля­ются самым распространен­ным видом бесколлекторных электрических машин пере­менного тока. Как и любая электрическая машина, асин­хронная машина обратима и может работать как в генера­торном, так и в двигательном режимах. Однако преоблада­ющее применение имеют асинхронные двигатели, со­ставляющие основу совре­менного электропривода. Об­ласти применения асинхрон­ных двигателей весьма широ­кие — от привода устройств автоматики и бытовых элек­троприборов до привода круп­ного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мель­ниц и т. п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых элек­тромашиностроительной про­мышленностью, составляет диапазон от долей ватт до ты­сяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфаз­ные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двига­тели специального примене­ния изготовляются на повы­шенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделе уделено изучению трехфазных асинхронных дви­гателей общего применения. Но в конце раздела рассмот­рены однофазные и конден­саторные (двухфазные) асин­хронные двигатели, а также двигатели специального на­значения — линейные, испол­нительные и др.

Читать еще:  Что такое рабочий объем двигателя мотоцикла

ГЛАВА 10

В соответствии с принципом обратимости элек­трических машин (см. § В.2) асинхронные машины могут работать как в двигательном, так и в генератор­ном режимах. Кроме того, возможен еще и режим электромагнитного торможения противовключением.

Двигательный режим.Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя рассмотрен в § 6.2. При включении обмотки статора в сеть трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмот­кой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стерж­нях обмотки ротора появляются токи (см. рис. 6.4). В результате взаимодействия этих токов с вращаю­щимся магнитным полем на роторе возникают элек­тромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под дейст­вием которого ротор асинхронного двигателя при­ходит во вращение с частотой n2 = 0). При этом скольжение sравно единице.

Рис. 10.1. Режимы работы асинхронной машины

В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1и скольжение весьма мало отличается от нуля (s ≈ 0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжениемshom.Для асинхронных дви­гателей общего назначенияshom= 1 8%, при этом для двигателей большой мощности sном = 1%, а для двигателей малой мощности sном=8%.

Преобразовав выражение (10.1), получим формулу для опре­деления асинхронной частоты вращения (об/мин):

Пример 10.1.Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2р = 4 работает от сети с частотой тока f1 = 50 Гц. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке, если скольжение при этом составляет 6%.

Решение. Синхронная частота вращения по (6.3)

n1 = f1 60/ р = 50 • 60/4 = 1500 об/мин.

Номинальная частота вращения по (10.2)

nном = n1(1 — sном ) = 1500(1 — 0,06) = 1412 об/мин.

Генераторный режим.Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного дви­гателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), яв­ляющегося источником механической энергии, вращать в направ­лении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М1 (рис. 10.1, а). В этом случае механическая мощность приводного двигателя в основной своей части будет преобразована в электрическую активную мощность Р2 перемен­ного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и да он отдает вырабатываемую активную мощность Р2. Следовательно, для работы асинхронного генератора необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора, т. е. в нем возбуждается вращающееся маг­нитное поле.

Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне — ∞ 1. (10.3)

Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовключением может изменяться в диапазоне 1

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Двигательный и генераторный режим работы асинхронной машины

Экзаменационные билеты по предмету

«Применение электроэнергии в сельском хозяйстве».

Билет № 1

Назначение электрических машин и трансформаторов.

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергий. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях электрическими машинами — генераторами, преобразующими механическую энергию в электрическую.

Трансформаторы широко применяются в системах передачи и распределения электроэнергии. Известно, что передача электроэнергии на дальние расстояния осуществляется при высоком напряжении (до 500 кВ и более), благодаря чему значительно уменьшаются электрические потери в линии электропередачи. В местах распределения электроэнергии между потребителями устанавливают понижающие трансформаторы, которые понижают напряжение до требуемого значения. И наконец, в местах потребления электроэнергии напряжение еще раз понижают посредством трансформаторов до 220, 380 или 660 В. При таком напряжении электроэнергия подается непосредственно потребителям — на рабочие места предприятий и в жилые помещения.

Схемы включения дуговых ртутных ламп.

Билет № 2

Классификация электрических машин.

Все электрические машины подразделяют на бесколлекторные и коллекторные. Различающиеся как принципом действия, так и конструкцией. Бесколлекторные машины — это машины переменного тока. Их делят на асинхронные и—синхронные. Асинхронные машины применяют преимущественно в качестве двигателей, а синхронные — как в качестве двигателей, так и в качестве генераторов. Коллекторные машины используют главным образом для работы на постоянном токе в качестве генераторов или двигателей. Электрические машины одного принципа действия могут различаться схемами включения либо другими признаками, влияющими на эксплуатационные свойства этих машин. Например, асинхронные и синхронные машины могут быть трехфазными (включаемыми в трехфазную сеть) или однофазными. Асинхронные машины в зависимости от конструкции обмотки ротора разделяют на машины с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.

Читать еще:  Шевроле ланос скачет стрелка температуры до красного то в норму двигателя

Схемы включения люминесцентных ламп.

Билет № 3

Двигательный и генераторный режим работы асинхронной машины.

Двигательный режим. непременным условием работы асинхронного двигателя является наличие в нем магнитного поля, вращающегося с частотой ή (синхронная частота вращения). Это поле создается при включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфазного переменного тока. Процесс наведения вращающегося магнитного поля называют в о з б у ж д е н и е м асинхронной машины. Возбуждение создается реактивной (индуктивной) составляющей переменного тока, поступающего из сети в обмотку статора.

Скольжение выражают в долях единицы либо в %. 0 ή 1 В этих условиях характер движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы), так как ротор будет обгонять поле статора и скольжение станет отрицательным,S

Режимы работы асинхронных двигателей

Лекция №19 Скольжение. Пуск асинхронных двигателей

Скольжение

Отличительным признаком асинхронного двигателя является всегда существующая положительная разность, n1 – n2> 0. Ротор никогда не может достигнуть частоты вращения магнитного поля n1, так как при равенстве n1= n2 исчезнут электромагнитные силы, приводящие его в движение.

Разность частот вращения магнитного поля и ротора

называют частотой скольжения. Аналогичная разность скоростей

Называется скоростью скольжения.

Отношение частоты скольжения к частоте вращения поля n1 обозначают sи называют скольжением:

Очевидно, что в первый момент пуска двигателя s = 1. Асинхронные двигатели проектируют так, что на холостом ходу sх = 0,001 ÷ 0,005, а при номинальной нагрузке sном = 0,05.

В установившемся режиме ns, Ωs и s – постоянные. Это означает, что вращающий момент двигателя М уравновешивает противодействующий момент Мпр. Если по каким – либо причинам противодействующий момент увеличится, то ротор начнет тормозиться, т. е. скорость вращения Ω2 будет падать, а скорость его скольжения – увеличиваться. Но последнее вызовет изменение ряда взаимно связанных величин. Увеличатся Э.Д.С. e2и токи I2в проводниках обмотки ротора, электромагнитные силы Fэм2 и вращающий момент М. Когда вращающий момент М станет равным противодействующему Мпр, изменения прекратятся. Двигатель возвратится в установившейся режим. Но скорость вращения ротора Ω2 теперь меньше.

В случае уменьшения противодействующего момента произойдут аналогичные, но противоположно направленные физические процессы. Это означает, что асинхронный двигатель обладает свойством автоматического изменения вращающего момента, т. е. свойством саморегулирования.

Режимы работы асинхронных двигателей

Двигательный режим: При n

Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и, в свою очередь, создавать вращающий момент; таким образом, для двигательного режима работы асинхронной машины справедливо неравенство: 0 n1. Асинхронная машина может работать в режиме генератора параллельно с сетью в пределах от n =n1 до n=+∞ т.е. при скольжении от s=0 до s= -∞.

Асинхронный генератор потребляет реактивный ток и требует наличия в сети генераторов реактивной мощности в виде синхронных машин, синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов (БСК). Из-за этого, несмотря на простоту обслуживания, асинхронный генератор применяют сравнительно редко, в основном в качестве ветрогенераторов малой мощности, вспомогательных источников небольшой мощности и тормозных устройств. Зато генераторный режим асинхронного двигателя используется довольно часто. В таком режиме работают двигатели эскалаторов метро, которые едут вниз. В генераторном режиме работают двигатели лифтов, в зависимости от соотношения веса в кабине и в противовесе.

Режим холостого хода:Режим холостого хода асинхронного двигателя возникает при отсутствии на валу нагрузки в виде редуктора и рабочего органа. Из опыта холостого хода могут быть определены значения намагничивающего тока и мощности потерь в магнитопроводе, в подшипниках, в вентиляторе. В режиме реального холостого хода s=0,01-0,08. В режиме идеального холостого хода n2=n1, следовательно s=0 (на самом деле этот режим недостижим, даже при допущении, что трение в подшипниках не создаёт свой момент нагрузки — сам принцип работы двигателя подразумевает отставание ротора от поля статора для создания поля ротора. При s=0 поле статора не пересекает обмотки ротора и не может индуцировать в нём ток, а значит не создаётся магнитное поле ротора.)

Режим электромагнитного тормоза (противовключение):Если изменить направление вращения ротора или магнитного поля так, чтобы они вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в обмотке ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, и машина будет потреблять из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент будет направлен встречно моменту нагрузки, являясь тормозящим. Для режима справедливы неравенства: n2 1

Этот режим применяют кратковременно, так как при нём в роторе выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может вывести его из строя.

Для более мягкого торможения может применяться генераторный режим, но он эффективен только при оборотах, близких к номинальным.

Мн – номинальный момент; Мп – пусковой момент; Мmax – критический момент

Из анализа графика механической характеристики также следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях, меньших критического (s

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector